质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202410031995.1(22)申请日 2024.01.10(71)申请人 武汉科技大学地址 430000 湖北省武汉市和平大道947号(72)发明人 李媛媛牛孜阳李亚鹏李迎平邓加睿(74)专利代理机构 广东柏权维知识产权代理有限公司 44898专利代理师 娄静丽(51)Int.Cl.H01M 8/0228(2016.01)H01M 8/0226(2016.01)(54)发明名称一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺(57)摘要本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜。

2、燃料电池双极板，特别是涉及质子交换膜燃料电池双极板的改性方法。本发明公开了一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺，包括在基板表面沉积碳纳米管复合导电浆的步骤。本发明的质子交换膜燃料电池双极板的改性方法，以预处理的碳纳米管来包裹纳米二氧化锡粉体配合吡咯制成复合导电浆，沉积到基板表面，可以显著提高双极板腐蚀电位的稳定性。权利要求书1页 说明书6页CN 117543038 A2024.02.09CN 117543038 A1.一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺，其特征在于，包括在基板表面沉积碳纳米管复合导电浆的步骤，所述复合导电浆的制备步骤包括以下步骤：S21，碳纳米管预处理；S22。

3、，制备分散液；S23，将所述碳纳米管和分散液混合，得到复合导电浆；所述碳纳米管为硫酸预处理的碳纳米管；所述S21中，用815倍（v/w）的5080%体积分数的硫酸处理26h。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺，其特征在于，S22中，所述分散液中二氧化锡的w/v含量为15%。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺，其特征在于，S23中，所述分散液中还含有0.51.5%（w/v）的表面活性剂。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺，其特征在于还包括：S01，基板预处理步骤；所述预处理为高压气体除尘，丙酮清洗、干燥。5.根据。

4、权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺，其特征在于，采用恒电流反应沉积所述复合导电浆。6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺，其特征在于，所述基板为304不锈钢，所述碳纳米管直径28nm、管束直径50100nm，制备所述分散液的纳米二氧化锡粉体粒径为5060nm，比表面积为50100m2/g。7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S01 基板预处理：取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；S02 制备导电浆：取碳纳米管，用10倍（v/w）的60%体积分数的硫酸处理3h，期间持续搅拌；过滤，去离子。

5、水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；S03 沉积导电浆：取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。权利要求书1/1 页2CN 117543038 A2一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺技术领域0001本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池双极板，特别是涉及质子交换膜燃料电池双极板。

6、的改性方法。背景技术0002质子交换膜燃料电池凭借其功率密度较高和污染较小的特点，在未来的应用领域（比如车载电池）具备了相当广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC），又称固体高分子电解质燃料电池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells），是一种以含氢燃料与空气作用产生电力与热力的燃料电池，运作温度在 50 至 100，无需加压或减压，以高分子质子交换膜为传导媒介，没有任何化学废液，发电后产生纯水和热。0003双极板是提高质子交换膜燃料电池的功率密度，促进其更广泛的商业应用的关键。

7、之一，制备性能更高、耐久性更好、成本更低的质子交换膜燃料电池具有重要意义。发明内容0004本发明提出了一种腐蚀电位稳定性好的基于不锈钢等基材的质子交换膜燃料电池双极板的改性制备工艺。0005本发明在于公开一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺，包括在基板表面沉积碳纳米管复合导电浆的步骤。0006在本发明的一些实施方式中，包括沉积碳纳米管、纳米SO2和吡咯制备的复合导电浆的步骤。0007在本发明的一些实施方式中，所述碳纳米管为硫酸预处理的碳纳米管。0008在本发明的一些实施方式中，所述复合导电浆的制备步骤包括以下步骤：S21，碳纳米管预处理；S22，制备分散液；S23，将所述碳纳米和分散液。

8、混合，得到复合导电浆。0009在本发明的一些实施方式中，S21中，用815倍（v/w）的5080%体积分数的硫酸处理26h；优选，S21中，用815倍（v/w）的3070%体积分数的硫酸处理26h。0010在本发明的一些实施方式中，S22中，分散液中二氧化锡的w/v含量为15%。0011在本发明的一些实施方式中，S23中，分散液中还含有0.51.5%（w/v）的表面活性剂，优选为1.01.2%（w/v）。0012在本发明的一些实施方式中，S23中，所述碳纳米和分散液的比例（w/v）为310：100，优选为46：100。0013在本发明的一些实施方式中，采用恒电流反应沉积所述复合导电浆，优选1.。

9、02.0mA/cm恒电流反应3060min。0014在本发明的一些实施方式中，还包括：说明书1/6 页3CN 117543038 A3S01，基板预处理步骤。0015在本发明的一些实施方式中，S01中，所述预处理为高压气体除尘，丙酮清洗、干燥。0016有益效果：0017本发明的质子交换膜燃料电池双极板的改性方法，以预处理的碳纳米管来包裹纳米二氧化锡粉体配合吡咯制成复合导电浆，沉积到基板表面，可以显著提高腐蚀电位的稳定性。0018本发明的质子交换膜燃料电池双极板的改性方法，碳纳米管的预处理程度、碳纳米管和纳米二氧化锡粉体的含量及表面活性剂均显著影响沉积到基板表面的复合导电浆的性能。具体实施方式0。

10、019以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。0020若非特别指出，实施例和对比例为组分、组分含量、制备步骤、制备参数相同的平行试验。所述不锈钢为304不锈钢，所述碳纳米管直径28nm、管束直径50100nm。所述纳米二氧化锡粉体粒径为5060nm，比表面积为50100m2/g。0021实施例1一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘。

11、，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的60%体积分数的硫酸处理3h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。0022实施例2一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除。

12、尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用8倍（v/w）的50%体积分数的硫酸处理6h，期间持续搅拌；过滤，去离说明书2/6 页4CN 117543038 A4子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。0023实施例3一种质子交换膜燃料电池的双极板的改。

13、性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用15倍（v/w）的70%体积分数的硫酸处理2h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。0024实施例4一种质子交换膜燃料电池的双极板的。

14、改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的60%体积分数的硫酸处理3h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1.2%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。0025实施例5一种质子交换膜燃料电池的双。

15、极板的改性制备工艺（1）基板预处理说明书3/6 页5CN 117543038 A5取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的30%体积分数的硫酸处理2h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池。

16、双极板。0026实施例6一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的80%体积分数的硫酸处理5h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电。

17、池双极板。0027实施例7一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的60%体积分数的硫酸处理3h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有0.5%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按5：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜。

18、燃料电池双极板。说明书4/6 页6CN 117543038 A60028实施例8一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的60%体积分数的硫酸处理3h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按3：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA/c。

19、m2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。0029实施例9一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺（1）基板预处理取不锈钢板，高压气体除尘，丙酮清洗、干燥；备用；（2）制备导电浆取碳纳米管，用10倍（v/w）的60%体积分数的硫酸处理3h，期间持续搅拌；过滤，去离子水洗、干燥；备用；取含有1%（w/v）的吐温80的吡咯，加入3%（w/v）纳米二氧化锡粉体，超声分散；备用；取处理过的碳纳米管，按10：100（w/v）的比例，与二氧化锡吡咯分散液混合，1000rpm搅拌1h；（3）沉积导电浆取处理好的不锈钢板作为阳极，取铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，1.5mA。

20、/cm2恒电流反应40min，得到表面改性的质子交换膜燃料电池双极板。0030对比例1一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺，与实施例1的区别在于，碳纳米管未经硫酸处理。0031对比例2一种质子交换膜燃料电池的双极板的改性制备工艺，与实施例1的区别在于，碳纳米管与二氧化锡吡咯分散液的w/v比例为1：100。0032实验例 腐蚀电位稳定性取实施例和对比例的质子交换膜燃料电池双极板，在模拟燃料电池阴、阳极环境中80下加速浸泡800h，测定腐蚀电位。下降比例=（处理前的腐蚀电位处理后的腐蚀电位）/处理后的腐蚀电位100%，结果见表1。0033表1 腐蚀电位稳定性说明书5/6 页7CN 117543038 A7结果显示，实施例19的质子交换膜燃料电池双极板的腐蚀电位下降比例均显著低于对比例1和对比例2。实施例14中腐蚀电位下降比例显著优于实施例59，其中又以实施例1为最优。0034以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。说明书6/6 页8CN 117543038 A8。